热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响.docxVIP

第 24 卷 第 3 期U N IV ER S IT Y O F T ECHN OL O GYV o l. 24 N o. 32005文章编号: 1001- 5167 (2005) 0320201203Ξ热处理工艺对高铬铸铁组织和性能的影响燕来生( 内蒙古工业大学材料科学与工程学院, 呼和浩特 010051)摘要: 本文研究了不同热处理工艺对高铬铸铁组织、力学性能和耐磨性的影响. 结果表明, 在 980 ℃淬火, 450 ℃回火, 高铬铸铁具有优异的力学性能和耐磨性.关键词: 高铬铸铁; 热处理; 耐磨性中图分类号: T G156. 34文献标识码: A0引言近年来, 由于水泥、冶金、电力工业的迅速发展, 对耐磨材料的数量和质量的要求不断提高. 高铬白口铸铁作为耐磨材料应用较为广泛, 力学性能较好. 但随着对水泥粒度要求的提高, 小尺寸的磨球和磨 柱的用量增加, 对韧性和耐磨性要求越来越高. 但在铸态下高铬白口铸铁硬度偏低, 韧性较差, 冲击韧度≤3～ 5 J ?cm 2 , 磨球和磨柱的硬度为 H R C 50～ 52, 耐磨性不足, 出现磨偏现象, 并且使水泥的含铁量增 加. 目前, 国内外的研究者应用各种手段力图通过改变碳化物的形态及分布以达到改善力学性能的目的, 获得一定效果〔1, 2〕. 但主要的问题是在各种服役条件下, 耐磨性和韧性不能达到很好的配合. 为此, 通 过对高铬白口铸铁进行热处理, 在改善碳化物形态的同时, 细化基体组织, 以达到在提高硬度、保证耐磨性的前提下, 改善韧性的目的.1试验方法实验用材料为配制的高铬铸铁, 用 20k g 的酸性高频电炉熔炼, 浇注成 20mm ×20mm ×110mm 无缺口的冲击 试 样; ? 15mm × 20mm 的 磨 粒 磨 损 试 样, 试 样 的 化 学 成 分 (w t% ) 为: 2. 84C , 11. 70C r, 1.30S i, 0. 55M n , 0. 068S, 0. 129P.试样经不同工艺热处理后, 用 JB 30A 型冲击试验机测试冲击值, 在 PW 21 型磨损试验机上进行磨 损试验, 用 N eop ho t 型卧式显微镜分析显微组织, 在洛氏硬度计上测各种状态下的硬度.2 试验结果及分析2. 1热处理工艺对组织和力学性能的影响为了得到马氏体和要求的硬度, 经试验选用 980 ℃加热油淬为好, 过高的淬火温度会使奥氏体的稳 定性提高而增加残余奥氏体的含量. 淬火后, 经不同温度回火, 测得回火温度与硬度、冲击韧度的关系见图 1, 由图 1a 可知, 当回火温度低于 450 ℃时, 硬度变化平缓, 表明在这一温度区间回火时, 发生了马氏 体分解, 铬的碳化物的析出, 残余奥氏体的分解较少. 当回火温度超过 450 ℃时, 硬度急剧下降.Ξ 收稿日期: 2005203223作者简介: 燕来生 (1945～ ) , 男, 教授, 内蒙古呼和浩特市人, 主要从事化学热处理方面的研究工作.202内蒙古工业大学学报2005 年图 1 回火温度对硬度和 ak 的影响由图 1b 可知, 当回火温度低于 450 ℃时, 随回火温 度升高, 由于马氏体分解和碳化物析出的程度增加, 内应 力减少, 使 a k 值增加, 当回火温度高于 450 ℃时, 随回火 温度升高, 残余奥氏体急剧下降〔3〕, 逐渐分解彻底, 因此 在高于 450 ℃时, 使 a k 值下降. 图 2 为铸态组织, 碳化物 呈粗条状和网络状. 图 3 为淬火回火后的组织, 图 3 与图2 对比, 共晶碳化物明显减少, 分布均匀. 由于马氏体的 分解, 基体内有大量弥散分布的颗粒状碳化物析出. 共晶 碳化物的形貌发生了变化. 网络状和条状碳化物破断, 尖 角变圆. 这是由于淬火加热到较高温度, 奥氏体溶解碳和图 2 高铬铸铁铸态组织×400合金元素的能力增加, 二次碳化物大量溶解, 共晶碳化物部分溶解. 碳化物厚度不均, 曲率不同, 与碳化物尖角毗邻的奥氏体碳浓度较高, 与碳化物平直毗邻的奥氏体含碳量较低, 从而引起碳的扩散, 致使碳 化物尖角溶解、平面析出而趋于圆滑. 450 ℃回火后组织较细, 碳化物形貌较好, 这对改善韧性具有重要的作用. 高于 450 ℃时, 发生了碳化物的聚集粗化, 因此, 在 450 ℃回火时, 出现 a k 的峰值.a) 200℃ b ) 300℃ c) 450℃图 3 不同温度回火后的组织 ×4002. 2 热处理工艺对耐磨性的影响将高铬铸铁试样在磨粒磨损试验机上进行了 4 h 磨 损试验, 结果如图 4 所示. 由图可见, 随回火温度升高, 失重减少, 在 450 ℃时, 失重最少, 高于 450 ℃,